EP1412112B1 - Vollmateriallager und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

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EP1412112B1
EP1412112B1 EP02794542A EP02794542A EP1412112B1 EP 1412112 B1 EP1412112 B1 EP 1412112B1 EP 02794542 A EP02794542 A EP 02794542A EP 02794542 A EP02794542 A EP 02794542A EP 1412112 B1 EP1412112 B1 EP 1412112B1
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EP
European Patent Office
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sintered
process according
ptfe
bronze
solid
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EP02794542A
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EP1412112A1 (de
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Udo Roos
Erik Kraft
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Federal Mogul Deva GmbH
Original Assignee
Federal Mogul Deva GmbH
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Publication date
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    • F16C2220/00—Shaping
    • F16C2220/20—Shaping by sintering pulverised material, e.g. powder metallurgy

Definitions

  • the invention relates to a method for producing self-lubricating, maintenance-free bearings, especially bearing bushes and thrust washers the at least bronze powder is used, the bronze powder before the Sintering in a molding tool to a solid blank cold pressed, the solid material blank in an oven under a Inert gas atmosphere is sintered and the pores of the sintered bronze through Vakuuminfiltration be filled with a PTFE-containing suspension.
  • the invention also relates to a self-lubricating bulk material store Sintered bronze according to claim 15.
  • Powder blends are prepared that already Contain solid lubricants. This powder mixture is pressed and then sintered. For these methods, only such solid lubricants suitable, which do not decompose at the sintering temperatures of about 800 ° C.
  • bearings with such lubricants because of the so inevitably associated pollution of the environment of the camp not for all applications suitable. Especially in the food industry such bearings can not be used.
  • the bearings of type b. have the disadvantage that they contain oil and thus can not be used in many areas.
  • the operating temperature of this Lagertys is severely limited, since at elevated temperatures drying of the Oil takes place.
  • the bearings of type c. fail after relatively low wear thickness.
  • the plain bearings of type d. have in principle low coefficients of friction and Wear rates on, but the thickness of the sliding layer to 1 to 2 mm limited.
  • the production of such bearings is described for example in DE 197 53 639.5 A1.
  • the method for producing such self-lubricating, maintenance-free multilayer plain bearing material sees before, that consists of different grain sizes bronze powder with a mean grain size of about 40 microns and a dendritic grain shape is applied to a metallic support body, and that the support body with the applied bronze powder in an oven at about 800 ° C below a protective gas atmosphere is sintered.
  • the Supporting body with the bronze layer to produce a porosity between 40 and 70% hot rolled over the entire layer thickness the layer thickness only is about 0.5 to 10 mm.
  • the pores with PTFE filled so that a proportion of PTFE based on the total material of up to 20% by weight.
  • a plain bearing material is known, which is produced by sintering of Cu particles.
  • the sintered layer has thicknesses below 1 mm and the porosities produced by the sintering process are 35 vol.%.
  • Lubricants in the form of MoS 2 and graphite are introduced into the pores.
  • the porosity generated by the sintering process is very much determined by the particle size distribution, so that often not the desired homogeneity can be achieved.
  • GB 923,642 is a process for the production of self-lubricating Storage is known, in which after a compaction process in which a Full material blank is made from bronze powder, a sintering process is connected. There are no parameters for the compaction process taught. With regard to the sintering process is merely informed that the Blank expands during sintering. The aim of GB 923,642 is to apply for the sintering process subsequent impregnation process suitable additives to provide PTFE. Additives are proposed for this which do not have a lamellar structure.
  • the object of the invention is to provide a method with which All-material bearings with wall thicknesses up to 20 mm can be manufactured have consistent sliding properties during operation.
  • the solid material blank is produced with a wall thickness of 2 - 20 mm, wherein by means of cold pressing a porosity of 20 - 50 vol.% Is set in the solid material blank and homogeneously distributed throughout the blank material blank Pores are produced, the solid material blank is then sintered at a temperature in the range of 650 ° C to 850 ° C, in which the homogeneously distributed open pores are stabilized, and wherein in the vacuum infiltration a PTFE supension of 55 to 65 wt.% PTFE, 33.5 to 42.5 wt.% H 2 O and 0.5 to 3 wt.% Emulsifiers is used.
  • the porosity are preferred value ranges, 25 to 47 vol.%, 20 to 40 vol.%, in particular> 20 to 40% by volume.
  • the cold pressing of the bronze powder takes place in the direction of Rotational symmetry axis of the solid material blank to be produced.
  • the cold pressing of the bronze powder therefore takes place in the direction of cold pressing Jack longitudinal axis. This will ensure that the pressure is even All areas of the produced blank material blank is distributed.
  • the cold pressing is carried out at a pressure of 2 to 4 t / cm 2 , in particular 2.5 to 3.5 t / cm 2 .
  • the pressure selected in this range from 2 to 4 t / cm 2 depends on the one hand on the selected grain size of the bronze powder and on the other hand on the desired porosity. If low porosity is desired, a correspondingly higher pressure is used. Greater pressures are required even when the bronze powder has a large grain size.
  • bronze powder with 80 to 95 wt .-% copper and 5 to 20 Wt .-% tin used.
  • the bronze powder may additionally contain up to 11% by weight of aluminum, iron, bismuth and / or lead.
  • the sintering temperature is 650 ° C to 850 ° C, especially 600 ° C to 850 ° C. Since the sintering takes place before the introduction of the PTFE material, this is Process and at these high temperatures the PTFE material is not damaged.
  • the sintering process is carried out for a period of 1 to 5 hours, preferably 1 to 3 hours.
  • the sintering temperature and the Duration should be chosen so that the diffusion of the tin into the copper is completed as far as possible and a homogeneous mixed crystal has formed, on the other hand, but not too low porosity by changing the Pore volume arises. In addition, make sure that the open Pore system is maintained. Also the composition and type of Bronze powder (pre-alloyed, alloyed, element blends, combinations from this) play a role in the selection of the sintering temperatures and times.
  • a bronze powder added with a pressing aid is used used.
  • the pressing aid facilitates the pressing process and has the advantage that the the tools are subject to less wear and therefore also automatic presses can be used for manufacturing and for Another is that the friction is reduced at the Gesenkinnentouchn. This results in a more homogeneous pore and density distribution in the green body.
  • the vacuum infiltration is carried out by conventional methods and is preferably carried out at a pressure of 5 to 10 mbar.
  • the bearing After vacuum infiltration, the bearing is dried at about 40 ° to 100 ° C, so that the water used in the suspension and the emulsifiers are removed and only the PTFE remains in the pores.
  • the porous bearing can be cold pressed again for calibration.
  • the final density and strength is adjusted.
  • pressures preferably 3 to 6 t / cm 2 are used.
  • Running-in layer can, for example, from a lubricating varnish, filled with Solid lubricants, e.g. PTFE, graphite or lead.
  • the self-lubricating solid material bearing made of sintered bronze is characterized characterized in that it has a wall thickness of 2 to 20 mm and a porosity from 20 to 50 vol.%, that 2 to 10 wt.% PTFE based on the Total material in the homogeneously distributed throughout the solid material open Pores of the sintered material are embedded, and that below a Inlet area of the PTFE content over the entire wall thickness max. 10% fluctuates.
  • the small fluctuation of the PTFE content is due to the homogeneous pore distribution, wherein in one low surface area, which forms the inlet area, the porosity can be larger, so that in this area and then the PTFE content is correspondingly higher. This higher proportion of PTFE in this inlet area improves run-in properties.
  • the wall thickness of the bulk material store is preferably> 3 mm to 20 mm, in particular> 3.5 to 20 mm, 4 to 20 mm and 5 to 20 mm.
  • the sintered bronze has 80 to 95% copper and 5 to 20% tin.
  • the sintered bronze may additionally contain up to 5% by weight of aluminum, iron, Have bismuth and / or lead.
  • the open pores preferably have a size of 5 to 125 microns.
  • the Pores of the sintered bronze are also preferably substantially open.
  • the porosity the sintered bronze is preferably 20 to 50% by volume, in particular 25 to 47% by volume, 20 to 40% by volume and in particular> 20 to 40% by volume.
  • FIG. 1 shows a bearing bush 1 made of solid material, which consists of a sintered bronze with vacuum infiltrated PTFE.
  • FIG 2 is a section through the bearing bush 1 along the line A-A in Figure 1 shown.
  • the sintered bronze matrix material 2 is in the open Pored 3 PTFE incorporated, as shown in Figure 3 in an enlarged view see is. It can clearly be seen that the pore structure is open and that the Pores are homogeneously distributed over the entire wall thickness. Based on these open pore structure that exists throughout the entire wall thickness It is possible to completely fill the pores with PTFE achieve, so that substantially constant sliding properties over the entire wall thickness can be obtained.
  • FIG. 4 shows the PTFE content or the density as a function of the pressing pressure. It turns out that at a pressure of 2 to 3 t / cm 2 with increasing pressing pressure, the density increases and at the same time the porosity decreases, which accordingly leads to a lower proportion of PTFE in the solid material. Thus, the porosity and thereby the desired proportion of PTFE can be significantly adjusted by the pressing pressure, which in turn is important for the sliding properties.
  • Eckart Bromix 90/10 means that this is a powder material from Eckart Bromix, which has 90% copper and 10% tin.
  • NA K10 + 3% Sn is a prealloyed bronze powder from Norddeutsche Affinerie with a share of 90% copper and 10% tin, to which an additional 3% elemental tin is added.
  • the porosity is substantially in the range of Porosity after cold pressing, which shows that the sintering process only for Stabilization of the pore structure serves and only a small effect on the Exerts porosity.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von selbstschmierenden, wartungsfreien Lagern, insbesondere von Lagerbuchsen und Anlaufscheiben, bei dem mindestens Bronzepulver eingesetzt wird, das Bronzepulver vor dem Sintern in einem formgebenden Werkzeug zu einem Vollmaterialrohling kalt gepresst wird, der Vollmaterialrohling in einem Ofen unter einer Schutzgasatmosphäre gesintert wird und die Poren der Sinterbronze durch Vakuuminfiltration mit einer PTFE aufweisenden Suspension gefüllt werden. Die Erfindung betrifft auch ein selbstschmierendes Vollmateriallager aus Sinterbronze nach dem Patentanspruch 15.
Derzeit existieren verschiedene Typen metallischer, selbstschmierender und wartungsfreier Gleitlager. Dies sind unter anderem:
  • a. dickwandige gesinterte Gleitlager, die Festschmierstoffe wie Graphit MoS2, WS2 enthalten,
  • b. dickwandige gesinterte Gleitlager, die ölgetränkt sind,
  • c. dünnwandige Gleitlager, die in die Oberfläche eingewalztes PTFE enthalten,
  • d. dünnwandige Gleitlager, die in das Gefüge imprägniertes PTFE enthalten,
  • e. dickwandige gegossene Gleitlager, die makroskopisch verteilte Festschmierstoffe enthalten.
    • Für Gleitlager des Typs a. werden Pulvermischungen hergestellt, die bereits Festschmierstoffe enthalten. Diese Pulvermischung wird gepreßt und anschließend gesintert. Für diese Verfahren sind nur solche Festschmierstoffe geeignet, die sich bei den Sintertemperaturen von etwa 800° C nicht zersetzen.
    Andererseits sind Lager mit derartigen Schmierstoffen wegen der damit unweigerlich verbundenen Verunreinigung der Umgebung des Lagers nicht für alle Anwendungszwecke geeignet. Insbesondere im Lebensmittelbereich sind derartige Lager nicht einsetzbar.
    Die Gleitlager des Typs b. haben den Nachteil, daß sie Öl enthalten und somit in vielen Bereichen nicht einsetzbar sind. Die Einsatztemperatur dieses Lagertys ist stark begrenzt, da bei erhöhten Temperaturen ein Austrocknen des Öls stattfindet.
    Die Gleitlager des Typs c. versagen nach relativ geringer Verschleißdicke.
    Die Gleitlager des Typs d. weisen prinzipiell geringe Reibwerte und Verschleißraten auf, allerdings ist die Dicke der Gleitschicht auf 1 bis 2 mm begrenzt. Die Herstellung solcher Gleitlager wird beispielsweise in der DE 197 53 639.5 A1 beschrieben. Das Verfahren zur Herstellung eines solchen selbstschmierenden, wartungsfreien mehrschichtigen Gleitlagerwerkstoffs sieht vor, daß ein aus unterschiedlichen Korngrößen bestehendes Bronzepulver mit einer mittleren Korngröße von etwa 40 µm und einer dendritischen Kornform auf einen metallischen Stützkörper aufgetragen wird, und daß der Stützkörper mit dem aufgetragenen Bronzepulver in einem Ofen bei etwa 800° C unter einer Schutzgasatmosphäre gesintert wird. Während des Sinterns wird der Stützkörper mit der Bronzeschicht zur Erzeugung einer Porosität zwischen 40 und 70% über die gesamte Schichtdicke heißgewalzt, wobei die Schichtdicke nur etwa 0,5 bis 10 mm beträgt. Mittels einer Vakuuminfiltration werden die Poren mit PTFE gefüllt, so daß sich ein Anteil an PTFE bezogen auf das Gesamtmaterial von bis zu 20 Gew.-% einstellt.
    Ferner ist ein Vakuuminfiltrationsverfahren aus der GB 707,065 bekannt, wobei allerdings keine Angaben über Herstellung und Dicken der Sinterschicht gemacht werden.
    Aus der US 5,217,814 ist ein Gleitlagermaterial bekannt, das durch Sintern von Cu-Partikeln hergestellt wird. Die Sinterschicht besitzt Dicken unter 1 mm und die Porositäten, die durch den Sintervorgang erzeugt werden, liegen bei 35 Vol.%. Schmiermittel in Form von MoS2 und Graphit werden in die Poren eingebracht. Die durch den Sintervorgang erzeugte Porosität wird sehr stark durch die Partikelgrößenverteilung bestimmt, so daß oft nicht die gewünschte Homogenität erzielt werden kann.
    Aus Dubbel "Taschenbuch für den Maschinenbau" 14. Auflage, Springer Verlag, S. 956, 957 ist es bekannt, bei der Herstellung von Sinterkörpern zur Verdichtung der Metallpulver einen Kaltpreßvorgang vorzuschalten. Mit steigendem Preßdruck nimmt das Verdichtungsverhältnis und somit auch die Dichte und Raumausfüllung zu. Es gibt allerdings keine Hinweise auf den Zusammenhang zwischen Kaltpreßverfahren und Einstellung der Porosität.
    Aus der GB 923,642 ist ein Verfahren zur Herstellung von selbstschmierenden Lagern bekannt, bei dem nach einem Kompaktierungsprozess, bei dem ein Vollmaterialrohling aus Bronzepulver hergestellt wird, ein Sintervorgang angeschlossen wird. Zum Kompaktierungsvorgang werden keine Parameter vermittelt. Bezüglich des Sintervorgangs wird lediglich mitgeteilt, dass der Rohling sich beim Sintern ausdehnt. Ziel der GB 923,642 ist es, für den sich an den Sinterprozess anschließenden Imprägnierungsvorgang geeignete Zusätze zum PTFE zur Verfügung zu stellen. Es werden hierfür Zusätze vorgeschlagen, die keine lamellare Struktur besitzen.
    Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem Vollmateriallager mit Wandstärken bis zu 20 mm gefertigt werden können, die gleichbleibende Gleiteigenschaften während des Betriebs aufweisen.
    Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst, bei dem der Vollmaterialrohling mit einer Wandstärke von 2 - 20 mm hergestellt wird, wobei mittels des Kaltpressens eine Porosität von 20 - 50 Vol.% im Vollmaterialrohling eingestellt wird und im gesamten Vollmaterialrohling homogen verteilte offene Poren erzeugt werden, der Vollmaterialrohling anschließend bei einer Temperatur im Bereich von 650°C bis 850°C gesintert wird, bei der die homogen verteilten offenen Poren stabilisiert werden, und bei dem bei der Vakuuminfiltration eine PTFE-Supspension aus 55 bis 65 Gew.% PTFE, 33,5 bis 42,5 Gew.% H2O und 0,5 bis 3 Gew.% Emulgatoren eingesetzt wird.
    Vorzugsweise wird der Vollmaterialrohling mit einer Wandstärke von > 3 mm bis 20 mm, insbesondere von > 3,5 bis 20 mm kalt gepreßt. Weitere bevorzugte Bereiche sind 4 bis 20 mm und 5 bis 20 mm. Ein Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß Vollmaterialrohlinge über einen großen Wandstärkebereich mit der beanspruchten Porosität hergestellt werden können. Bezüglich der Einstellung der Porosität sind bevorzugte Wertebereiche, 25 bis 47 Vol.-%, 20 bis 40 Vol.-%, insbesondere > 20 bis 40 Vol.-%.
    Durch das Kaltpressen wird dem Grünling eine ausreichende Festigkeit verliehen, so daß eine weitere Verarbeitung möglich wird.
    Es hat sich außerdem herausgestellt, daß ein Kaltpressen des Bronzepulvers zu einer homogeneren Porenstruktur führt, als dies mit einem sofortigen Sintervorgang erreicht werden kann. Beim Kaltpressen spielt die Korngrößenverteilung der Bronzepartikel für die sich einstellende Porosität nur eine untergeordnete Bedeutung. Außerdem ist der Anteil an offenen Poren größer, so daß eine bessere Befüllung der Poren mit PTFE im Wege der Vakuuminfiltration möglich ist. Der Sintervorgang wird zur Diffusion des Zinns in das Kupfer und zur Stabilisierung der sich ausgebildeten Porenstruktur eingesetzt. Insgesamt wird ein Vollmateriallager geschaffen, das aufgrund der homogenen Porenverteilung über die Wanddicke des Lagers gleichbleibende Gleiteigenschaften während der gesamten Lebensdauer des Lagers aufweist.
    Der Einsatz von PTFE ermöglicht die Verwendung der Lager auch in der Lebensmittelindustrie.
    Vorzugsweise erfolgt das Kaltpressen des Bronzepulvers in Richtung der Rotationssymmetrieachse des herzustellenden Vollmaterialrohlings. Bei der Herstellung von Lagerbuchsen erfolgt daher das Kaltpressen in Richtung der Buchsenlängsachse. Dadurch wird sichergestellt, daß der Druck gleichmäßig auf alle Bereiche des herzustellenden Vollmaterialrohlings verteilt wird.
    Vorzugsweise wird das Kaltpressen mit einem Druck von 2 bis 4 t/cm2, insbesondere 2,5 bis 3,5 t/cm2 durchgeführt. Welcher Druck in diesem Bereich von 2 bis 4 t/cm2 gewählt wird, hängt einerseits von der gewählten Komgröße des Bronzepulvers und andererseits von der gewünschten Porosität ab. Wenn eine geringe Porosität gewünscht wird, wird ein entsprechend größerer Druck eingesetzt. Größere Drücke sind auch dann erforderlich, wenn das Bronzepulver eine große Komgröße aufweist. Vorzugsweise wird eine Mischung aus vor- oder anlegiertem Bronzepulver und elementarem Zinn mit Komgrößen von 1 bis 100 µm, vorzugsweise von 10 bis 80 µm, insbesondere von 20 bis 40 µm, eingesetzt.
    Vorzugsweise wird Bronzepulver mit 80 bis 95 Gew.-% Kupfer und 5 bis 20 Gew.-% Zinn verwendet.
    Das Bronzepulver kann zusätzlich bis zu 11 Gew.-% Aluminium, Eisen, Wismut und/oder Blei aufweisen.
    Die Sintertemperatur beträgt 650°C bis 850°C, insbesondere 600°C bis 850°C. Da das Sintern vor dem Einbringen des PTFE-Materials erfolgt, wird bei diesem Vorgang und bei diesen hohen Temperaturen das PTFE-Material nicht geschädigt.
    Vorzugsweise wird der Sintervorgang während einer Zeitdauer von 1 bis 5 h, vorzugsweise 1 bis 3 Stunden durchgeführt. Die Sintertemperatur und die Zeitdauer sind so zu wählen, daß die Diffusion des Zinns in das Kupfer möglichst abgeschlossen ist und sich ein homogener Mischkristall gebildet hat, andererseits aber keine zu geringe Porosität durch Änderung des Porenvolumens entsteht. Außerdem ist darauf zu achten, daß das offene Porensystem erhalten bleibt. Auch die Zusammensetzung und die Art des Bronzepulvers (vorlegiert, anlegiert, Elementmischungen, Kombinationen daraus) spielen eine Rolle bei der Auswahl der Sintertemperaturen und -zeiten.
    Vorzugsweise wird ein mit einem Preßhilfsmittel versetztes Bronzepulver verwendet.
    Das Preßhilfsmittel erleichtert den Preßvorgang und hat den Vorteil, daß zum einen die Werkzeuge einem geringeren Verschleiß unterliegen und dadurch auch automatische Pressen zur Herstellung verwendet werden können und zum anderen darin, daß die Reibung an den Gesenkinnenwänden reduziert wird. Dadurch ergibt sich eine homogenere Poren- und Dichteverteilung im Grünling.
    Die Vakuuminfiltration wird nach herkömmlichen Verfahren durchgeführt und erfolgt vorzugsweise bei einem Druck von 5 bis 10 mbar.
    Nach der Vakuuminfiltration wird das Lager bei etwa 40° bis 100°C getrocknet, so daß das bei der Suspension verwendete Wasser und die Emulgatoren entfernt werden und lediglich das PTFE in den Poren zurückbleibt.
    Nach der Vakuuminfiltration kann das poröse Lager zur Kalibrierung nochmals kalt gepreßt werden. Hierbei wird die endgültige Dichte und Festigkeit eingestellt. Beim Kalibrieren werden Drücke von vorzugsweise 3 bis 6 t/cm2 eingesetzt.
    Nach der Kalibrierung wird noch eine Einlaufschicht aufgebracht. Diese Einlaufschicht kann beispielsweise aus einem Gleitlack, gefüllt mit Festschmierstoffen wie z.B. PTFE, Graphit oder Blei, bestehen.
    Das selbstschmierende Vollmateriallager aus Sinterbronze ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine Wandstärke von 2 bis 20 mm und eine Porosität von 20 bis 50 Vol.% aufweist, dass 2 bis 10 Gew.% PTFE bezogen auf das Gesamtmaterial in die im gesamten Vollmaterial homogen verteilten offenen Poren des Sintermaterials eingelagert sind, und dass unterhalb eines Einlaufbereiches der PTFE-Anteil über die gesamte Wanddicke max. 10 % schwankt.
    Dies bedeutet, daß bei beispielsweise einem PTFE-Anteil von 10 Gew.-% dieser Anteil zwischen 9% und 11% schwankt. Die geringe Schwankung des PTFE-Anteils ist auf die homogene Porenverteilung zurückzuführen, wobei in einem geringen Oberflächenbereich, der den Einlaufbereich bildet, der Porenanteil größer sein kann, so daß in diesem Bereich auch dann der PTFE-Anteil entsprechend höher ist. Dieser höhere PTFE-Anteil in diesem Einlaufbereich verbessert die Einlaufeigenschaften.
    Die Wandstärke des Vollmateriallagers ist vorzugsweise > 3 mm bis 20 mm, insbesondere > 3,5 bis 20 mm, 4 bis 20 mm und 5 bis 20 mm.
    Vorzugsweise weist die Sinterbronze 80 bis 95% Kupfer und 5 bis 20% Zinn auf. Die Sinterbronze kann zusätzlich noch bis zu 5 Gew.-% Aluminium, Eisen, Wismut und/oder Blei aufweisen.
    Die offenen Poren weisen vorzugsweise eine Größe von 5 bis 125 µm auf. Die Poren der Sinterbronze sind ferner vorzugsweise weitgehend offen. Die Porosität der Sinterbronze beträgt vorzugsweise 20 bis 50 Vol.-%, insbesondere 25 bis 47 Vol.-%, 20 bis 40 Vol.-% und insbesondere > 20 bis 40 Vol.-%.
    Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
    Es zeigen:
    Figur 1
    eine erfindungsgemäße Lagerbuchse in perspektivischer Darstellung,
    Figur 2
    einen Schnitt längs der Linie A-A in Figur 1 und
    Figur 3
    eine vergrößerte Darstellung des Bereiches X in der Figur 2 und
    Figur 4
    eine grafische Darstellung des PTFE-Gehaltes bzw. der Dichte in Abhängigkeit vom Preßdruck.
    In der Figur 1 ist eine Lagerbuchse 1 aus Vollmaterial dargestellt, die aus einer Sinterbronze mit vakuuminfiltriertem PTFE besteht.
    In der Figur 2 ist ein Schnitt durch die Lagerbuchse 1 längs der Linie A-A in Figur 1 dargestellt. In das Sinter-Bronze-Matrixmaterial 2 ist in die offenen Poren 3 PTFE eingelagert, wie dies in Figur 3 in vergrößerter Darstellung zu sehen ist. Es ist deutlich zu sehen, daß die Porenstruktur offen ist und daß die Poren homogen über die gesamte Wanddicke verteilt sind. Aufgrund dieser offenen Porenstruktur, die über die gesamte Wanddicke durchgängig vorhanden ist, ist es möglich, eine vollständige Auffüllung der Poren mit PTFE zu erreichen, so daß im wesentlichen gleichbleibende Gleiteigenschaften über die gesamte Wanddicke erhalten werden.
    In der Figur 4 ist der PTFE-Gehalt bzw. die Dichte in Abhängigkeit vom Preßdruck dargestellt. Es zeigt sich, daß bei einem Preßdruck von 2 bis 3 t/cm2 mit zunehmendem Preßdruck die Dichte zunimmt und gleichzeitig die Porosität abnimmt, was dementsprechend zu einem geringeren PTFE-Anteil in dem Vollmaterial führt. Über den Preßdruck kann somit die Porosität und dadurch der gewünschte PTFE-Anteil maßgeblich eingestellt werden, was wiederum für die Gleiteigenschaften von Bedeutung ist.
    In der nachfolgenden Tabelle sind für verschiedene Preßdrücke und Bronzematerialien die Parameter wie Gründichte, Porosität, PTFE-Gehalte, usw. zusammengefaßt. Die Bezeichnung Eckart Bromix 90/10 bedeutet, daß es sich hier um ein Pulvermaterial der Firma Eckart Bromix handelt, das 90% Kupfer und 10% Zinn aufweist. Bei der Bezeichnung NA K10+3% Sn handelt es sich um ein vorlegiertes Bronzepulver der Norddeutschen Affinerie mit einem Anteil von 90 % Kupfer und 10 % Zinn, dem zusätzlich 3 % elementares Zinn zugemischt werden.
    Figure 00110001
    Wie die Beispiele zeigen, liegt die Porosität im wesentlichen im Bereich der Porosität nach dem Kaltpressen, was zeigt, daß der Sintervorgang lediglich zur Stabilisierung der Porenstruktur dient und nur einen geringen Einfluß auf die Porosität ausübt.
    Die Reibungskoeffizienten mit Werten im Bereich von µ = 0,08 bis µ = 0,10 sind denen der herkömmlichen graphithaltigen Legierungen deutlich überlegen. Deren Reibwerte liegen im Bereich von etwa µ = 0,15 bis µ = 0,25 im Trockenlauf. Die Verschleißwerte der PTFE-infiltrierten Lager sind unter gleichen Testbedingungen um den Faktor 5 bis etwa 20 geringer.

    Claims (18)

    1. Verfahren zur Herstellung von selbstschmierenden, wartungsfreien Lagern, bei dem mindestens Bronzepulver eingesetzt wird, das Bronzepulver vor dem Sintern in einem formgebenden Werkzeug zu einem Vollmaterialrohling kalt gepresst wird, der Vollmaterialrohling in einem Ofen unter einer Schutzgasatmosphäre gesintert wird und die Poren der Sinterbronze durch Vakuuminfiltration mit einer PTFE aufweisenden Suspension gefüllt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Vollmaterialrohling mit einer Wandstärke von 2 bis 20 mm hergestellt wird, wobei mittels des Kaltpressens eine Porosität von 20 bis 50 Vol.% im Vollmaterialrohling eingestellt wird und im gesamten Vollmaterialrohling homogen verteilte offene Poren erzeugt werden,
      dass der Vollmaterialrohling anschließend bei einer Temperatur im Bereich von 650°C bis 850°C gesintert wird, bei der die homogen verteilen offenen Poren stabilisiert werden, und
      dass bei der Vakuuminfiltration eine PTFE-Suspension aus 55 bis 65 Gew.% PTFE, 33,5 bis 42,5 Gew.% H2O und 0,5 bis 3 Gew.% Emulgatoren eingesetzt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltpressen in Richtung der Rotationssymmetrieachse des herzustellenden Vollmaterialrohlings durchgeführt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltpressen mit einem Druck von 196,133 bis 392,266 MPa durchgeführt wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Bronzepulver und elementares Zinn mit Korngrößen von 1 bis 100 µm eingesetzt werden.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Bronzepulver und elementares Zinn mit Horngrößen von 20 bis 40 µm eingesetzt werden.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Bronzepulver mit 80 bis 95 Gew.% Kupfer und 5 bis 20 Gew.% Zinn eingesetzt wird.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Bronzepulver mit bis zu 11 Gew.% Aluminium, Eisen, Wismut und/oder Blei verwendet wird.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sintervorgang über eine Zeitdauer von 1 bis 5 h, vorzugsweise 1 bis 3 h, durchgeführt wird.
    9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit Presshilfsmittel versetztes Bronzepulver verwendet wird.
    10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuuminfiltration bei einem Druck von 500 bis 1000 Pa durchgeführt wird.
    11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager nach der Vakuuminfiltration bei etwa 40°C bis 100°C getrocknet wird.
    12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Vakuuminfiltration das Lager zur Kalibrierung kalt gepresst wird.
    13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrieren mit einem Druck von 294,199 bis 588,399 MPa durchgeführt wird.
    14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Kalibrierung eine Einlaufschicht aufgebracht wird.
    15. Selbstschmierendes Vollmateriallager aus Sinterbronze, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Wandstärke von 2 bis 20 mm und eine Porosität von 20 bis 50 Vol.% aufweist,
      dass 2 bis 10 Gew.% PTFE bezogen auf das Gesamtmaterial in die im gesamten Vollmaterial homogen verteilten offenen Poren des Sintermaterials eingelagert sind, und
      dass unterhalb eines Einlaufbereiches der PTFE-Anteil über die gesamte Wanddicke max. 10% schwankt.
    16. Lager nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke max. 4% ±1% über die gesamte Wanddicke schwankt.
    17. Lager nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterbronze 8 bis 95% Kupfer und 5 bis 20% Zinn aufweist.
    18. Lager nach Anspruch 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterbronze bis zu 11 Gew.% Aluminium, Eisen, Wismut und/oder Blei aufweist.
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